Кислоты, основания и соли

Кислота — это вещество, образующее ионы водорода ($\text{H}^{+}$) при растворении в воде. Кислоты проявляют три типичных типа реакций:

• с металлами: кислота + металл → соль + водород
• с основаниями: кислота + основание → соль + вода (это нейтрализация)
• с карбонатами: кислота + карбонат → соль + вода + углекислый газ

Описание наблюдаемых явлений

Название продуктов — лишь половина того, что требуется на экзамене. Задание «Опишите наблюдения» спрашивает, что вы увидели бы глазами, и за это начисляются отдельные баллы — поэтому выучите соответствующие термины:

Таким образом, для магния, добавленного в соляную кислоту, полный ответ будет: выделение газа, и твердое вещество растворяется (и пробирка нагревается). Для оксида меди(II), добавленного в теплую серную кислоту: черный осадок растворяется, и раствор становится синим.

Два правила спасают большинство потерянных баллов. Никогда не пишите «выделяется водород» как наблюдение — вы не можете увидеть водород, вы видите только пузырьки, поэтому пишите вспенивание. И не называйте то, что нельзя увидеть: «образуется соль» — это вывод, а не наблюдение.

Индикаторы

Индикатор — это краситель, который меняет цвет, показывая, является ли раствор кислотным или щелочным.

Водные растворы кислот содержат водородные ионы ($\text{H}^{+}$). Водные растворы щелочей содержат гидроксид-ионы ($\text{OH}^{-}$).

Основания — это оксиды или гидроксиды металлов. Щелочь — это основание, которое растворяется в воде (растворимое основание).

Основания имеют две типичные реакции:

• с кислотами: основание + кислота → соль + вода (опять нейтрализация)
• с солями аммония: при этом выделяется газ аммиак.

Кислота — это донор протонов — она отдает $\text{H}^{+}$ ионы (водородный ион — это просто протон). Основание — это акцептор протонов.

Сила кислоты зависит от того, насколько сильно она диссоциирует на ионы в воде:

• Сильная кислота полностью диссоциирует (полностью распадается на ионы) в воде. Соляная кислота сильная:

• Слабая кислота диссоциирует лишь частично. Уксусная кислота слабая, поэтому уравнение использует знак обратимой реакции:

Примечание: «сильная» и «слабая» относятся к степени диссоциации, а не к разбавленности или концентрации.

Шкала pH варьируется от 0 до 14 и показывает, насколько раствор кислотный или щелочной. Более высокая концентрация ионов водорода означает более низкий pH.

Вы можете определить pH с помощью универсального индикатора, который окрашивается в разные цвета:

При реакции кислоты и щелочи $\text{H}^{+}$ и $\text{OH}^{-}$ ионы объединяются, образуя воду:

Оксиды можно классифицировать по их поведению:

• Кислотные оксиды — это оксиды неметаллов, такие как $\text{SO}_2$ и $\text{CO}_2$.
• Основные оксиды — это оксиды металлов, такие как $\text{CuO}$ и $\text{CaO}$.
• Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами, так и с основаниями, образуя соль и воду. $\text{Al}_2\text{O}_3$ и $\text{ZnO}$ являются амфотерными.

Таким образом, оксиды металлов, как правило, основные, а оксиды неметаллов — кислотные.

Можно ли получить соль определенным методом, зависит от того, является ли она растворимой (растворяется) или нерастворимой (не растворяется).

Правила растворимости

Получение растворимой соли

Вы реагируете кислоту с одним из следующего:

• щелочью, используя титрование (поскольку оба вещества находятся в растворах, необходимо точно измерить объемы);
• избытком металла, нерастворимого основания или нерастворимого карбоната.

Когда вы используете избыток твердого вещества, затем фильтруете, чтобы удалить оставшееся твердое вещество. Наконец, вы испаряете часть воды и позволяете раствору кристаллизоваться, чтобы получить соль.

Пример решения. Какой метод вы бы использовали для получения (a) сульфата меди(II) и (b) сульфата бария? Сначала проверьте правила растворимости. (a) Сульфат меди(II) растворим (только сульфаты бария, кальция и свинца нерастворимы), поэтому получайте его из нерастворимого твердого вещества и кислоты: добавьте избыток оксида меди(II) в теплую разбавленную серную кислоту, отфильтруйте оставшееся твердое вещество, затем упарьте часть воды и кристаллизуйте. (b) Сульфат бария нерастворим, поэтому получайте его методом осаждения: смешайте два раствора, каждый из которых содержит один из необходимых ионов, затем отфильтруйте, промойте и высушите осадок. Растворимость желаемой соли определяет метод — проконсультируйтесь с правилами перед выбором.

Получение нерастворимой соли

Нерастворимая соль получается методом осаждения: смешайте два раствора, каждый из которых содержит один из необходимых ионов, и нерастворимая соль образуется в виде твердого вещества. Затем вы фильтруете, моете и сушите его.

Вода в солях

• Гидратированное вещество химически связано с водой.
• А无水 (безводное) вещество не содержит воды.

Молекулы воды внутри гидратированных кристаллов называются кристаллизационной водой. Например, $\text{CuSO}_4 \bullet 5\text{H}_2\text{O}$ имеет пять молекул воды на каждую формульную единицу.

• Выучите три реакции кислот: кислота + металл → соль + водород; кислота + основание → соль + вода (нейтрализация); кислота + карбонат → соль + вода + углекислый газ.
• Сильные и слабые описывают степень диссоциации кислоты на ионы, а не её концентрацию. Сильная кислота полностью диссоциирует; слабая — лишь частично.
• Более низкое значение pH означает более высокую концентрацию ионов водорода. pH 7 — нейтральный, ниже 7 — кислая среда, выше 7 — щелочная среда.
• Выбирайте метод получения соли по растворимости: растворимую соль получают из кислоты и избытка твердого вещества (затем фильтруют, упаривают, кристаллизуют) или титрованием со щелочью; нерастворимую соль получают осаждением (смешивают два раствора, затем фильтруют).
• Выучите правила растворимости — все соли натрия, калия, аммония и нитраты растворимы.